Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2408_1.pdf: 3478641 bytes, checksum: eb0a9acd07c63f1148e729cf12fd792a (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis / O comportamento de solos e rochas pode ser descrito através de modelos constitutivos que associam estados de tensões com estados de deformações. Trata-se de um problema de valor inicial cuja solução é obtida empregando de técnicas numéricas. Neste problema, a partir de um estado de tensão inicial e de um incremento de deformações, obtém-se um novo estado de tensões resultante da integração da lei constitutiva ao longo do passo de tempo. As relações constitutivas usadas são do tipo elastoplástica e visco-plástica com regularização viscosa de Perzina. Os critérios de plastificação adotados foram os de Mohr-Coulomb e o de Drucker-Prager, ambos com suavização da superfície de fluência. Foram analisados problemas mecânicos e hidro-mecânicos. Para representar o acoplamento hidro-mecânico foram adotadas leis que relacionam variáveis mecânicas a deformação do meio. Na dissertação foram implementados, no programa de elementos finitos CODE_BRIGHT, o método explícito de integrações de tensões de Euler Modificado e o de Runge-Kutta-Dormand-Price, ambos com controle de erro. As implementações foram verificadas através de um problema de expansão de cavidade cilíndrica e as análises de desempenho dos esquemas de integração foram feitas tomando como critério o número de passos e o tempo total de CPU. Esta mesma análise também foi realizada para os casos de escavação do túnel de Brasília e o de reativação de falha selante, mostrando que os algoritmos implementados funcionam satisfatoriamente para problemas geomecânicos com e sem acoplamento de fluxo de fluidos

[pt] Um dos principais desafios em algoritmos de visualização volumétrica é calcular a integral volumétrica de maneira eficiente, mantendo uma precisão mínima adequada. Geralmente, métodos de integração numérica utilizam passos de tamanho constante, não incluindo nenhuma estratégia de controle numérico. Como uma possível solução, métodos numéricos adaptativos podem ser utilizados, pois conseguem adaptar o tamanho do passo de integração dada uma tolerância de erro pré-definida. Em CPU, os algoritmos adaptativos de integração numérica são, normalmente, implementados recursivamente. Já em GPU, é desejável eliminar implementações recursivas. O presente trabalho propõe um algoritmo adaptativo e iterativo para a avaliação da integral volumétrica em malhas regulares, apresentando soluções para manter o controle do passo da integral interna e externa. Os resultados do trabalho buscaram comparar a precisão e eficiência do método proposto com o modelo de integração com passo de tamanho constante, utilizando a soma de Riemann. Verificou-se que o algoritmo proposto gerou resultados precisos, com desempenho competitivo. As comparações foram feitas em CPU e GPU. / [en] One of the main challenges in volume rendering algorithms is how to compute the Volume Rendering Integral accurately, while maintaining good performance. Commonly, numerical methods use equidistant samples to approximate the integral and do not include any error estimation strategy to control accuracy. As a solution, adaptive numerical methods can be used, because they can adapt the step size of the integration according to an estimated numerical error. On CPU, adaptive integration algorithms are usually implemented recursively. On GPU, however, it is desirable to eliminate recursive algorithms. In this work, an adaptive and iterative integration strategy is presented to evaluate the volume rendering integral for regular volumes, maintaining the control of the step size for both internal and external integrals. A set of computational experiments were made comparing both accuracy and efficiency against the Riemann summation with uniform step size. The proposed algorithm generates accurate results, with competitive performance. The comparisons were made using both CPU and GPU implementations.

Neste trabalho, uma combinação do Método dos Elementos de Contorno (MEC) com o Método dos Elementos Finitos (MEF) é apresentada para análise bidimensional de sólidos elastostáticos reforçados, sendo considerados modelos de aderência no acoplamento. O elemento de contorno é adotado para modelar o comportamento do domínio, enquanto que o modelo por elementos finitos é utilizado para modelar o enrijecedor. Devido às singularidades nas equações integrais do MEC, estudou-se o erro ocasionado pelos integrandos de ordem e e como conseqüência sugerem-se, neste trabalho, equações mais simples para representar o erro das integrações. Para a formulação do acoplamento, um polinômio do terceiro grau é adotado para aproximar tanto o campo de deslocamento quanto a rotação do enrijecedor, enquanto aproximações lineares são usadas para representar a força de contato entre o domínio e o enrijecedor. Modelos de escorregamento, apresentados, são lineares e governados em função do carregamento escrito em termos das forças de contato e o deslocamento relativo. A partir da combinação entre o MEC e o MEF obtém-se uma matriz retangular contendo duas equações para o MEC e uma para o MEF. O resultado das equações algébricas redundantes é eliminado pela aplicação do procedimento dos mínimos quadrados. Exemplos ilustram o bom ajuste e os melhores resultados proporcionados pelo controle do erro das equações integrais, mostrando ainda através de exemplos, a potencialidade e as limitações no acoplamento entre os dois materiais, considerando modelos de aderência ou não. / In this work it is presented a coupling between the Boundary Element Method and the Finite Element Method for two-dimensional elastostatic analysis of reinforced bodies considering adherence. The Boundary Element is used to model the matrix while the reinforcement is modeled by the Finite Element. Due to the inherent singularities present in Boundary Element formulations the quadrature rules, used to develop the necessary integrals may present undesired errors. In this sense the behavior of this integration error is studied and a simple way to control it is proposed along the work. Regarding the coupling formulation a third degree polynomial is adopted to describe the displacements and rotations of the reinforcement, while a linear polynomial is used to describe the contact forces among the continuum and the reinforcement. Adherence (or sliding) models are presented and implemented in the computer code. A linear relation between relative displacement and transmitted force is adopted. From difference of approximation regarding contact forces and displacements a rectangular matrix arrises from the BEM/FEM coupling. The additional equations are eliminated by the use of a least square method based on the multiplication of transpose matrices. Examples are shown to demonstrate the good behavior of error control applied on gaussian quadratures regarding Boundary Element simulations for coupled or not situations, considering or not adherence models.

Neste trabalho, uma combinação do Método dos Elementos de Contorno (MEC) com o Método dos Elementos Finitos (MEF) é apresentada para análise bidimensional de sólidos elastostáticos reforçados, sendo considerados modelos de aderência no acoplamento. O elemento de contorno é adotado para modelar o comportamento do domínio, enquanto que o modelo por elementos finitos é utilizado para modelar o enrijecedor. Devido às singularidades nas equações integrais do MEC, estudou-se o erro ocasionado pelos integrandos de ordem e e como conseqüência sugerem-se, neste trabalho, equações mais simples para representar o erro das integrações. Para a formulação do acoplamento, um polinômio do terceiro grau é adotado para aproximar tanto o campo de deslocamento quanto a rotação do enrijecedor, enquanto aproximações lineares são usadas para representar a força de contato entre o domínio e o enrijecedor. Modelos de escorregamento, apresentados, são lineares e governados em função do carregamento escrito em termos das forças de contato e o deslocamento relativo. A partir da combinação entre o MEC e o MEF obtém-se uma matriz retangular contendo duas equações para o MEC e uma para o MEF. O resultado das equações algébricas redundantes é eliminado pela aplicação do procedimento dos mínimos quadrados. Exemplos ilustram o bom ajuste e os melhores resultados proporcionados pelo controle do erro das equações integrais, mostrando ainda através de exemplos, a potencialidade e as limitações no acoplamento entre os dois materiais, considerando modelos de aderência ou não. / In this work it is presented a coupling between the Boundary Element Method and the Finite Element Method for two-dimensional elastostatic analysis of reinforced bodies considering adherence. The Boundary Element is used to model the matrix while the reinforcement is modeled by the Finite Element. Due to the inherent singularities present in Boundary Element formulations the quadrature rules, used to develop the necessary integrals may present undesired errors. In this sense the behavior of this integration error is studied and a simple way to control it is proposed along the work. Regarding the coupling formulation a third degree polynomial is adopted to describe the displacements and rotations of the reinforcement, while a linear polynomial is used to describe the contact forces among the continuum and the reinforcement. Adherence (or sliding) models are presented and implemented in the computer code. A linear relation between relative displacement and transmitted force is adopted. From difference of approximation regarding contact forces and displacements a rectangular matrix arrises from the BEM/FEM coupling. The additional equations are eliminated by the use of a least square method based on the multiplication of transpose matrices. Examples are shown to demonstrate the good behavior of error control applied on gaussian quadratures regarding Boundary Element simulations for coupled or not situations, considering or not adherence models.